原创 DisplayPort™ 2.0 解析

2021-1-26 10:52 550 5 2 分类: 消费电子

原创声明:GRL实验室/Jerry Sung

DisplayPort2.0 (简称 DP 2.0),在 2019 6VESA正式释出了DP 2.0的规范,其中导入了与以往DP 1.4不同的物理层使带宽提升3倍以外,更导入了 Panel Replay (简称 PR)让产品在高带宽的影音传输下能降低功率的消耗,并且搭载 Display Stream Compression (简称 DSC)让影音传输的能力更加提升。

 

对于 DP 2.0 产品而言,必须支持 DSC 影像压缩技术,而 DSC 必须在 Source 端和 Sink 端都支持的情况下,DSC 才能启用,如图(1)所示。由于 DSC 2019 下半年才制定了完整释出兼容测试规格Compliance Test Specification (CTS),所以对于 DP 2.0 产品可以更完整导入 DSC 技术的使用。DSC 影像压缩技术,是可以透过较低的带宽来满足高分辨率的需求,透过压缩影像,来降低频需求宽,而不影响视觉的感受,在影像压缩的过程中也不会导致影像延迟。


另外,DP 2.0 还导入了另一项主要的功能,Panel Replay (PR),此功能主要能够在高带宽 DP 影像传输时降低功率消耗,供货商能够决定是否要支持此功能,Panel Replay (PR)是根据早期的 Panel Self Refresh (PSR)技术的延伸,以往 PSR 只用于eDP的接口上,PRPSR一样都是一种自我更新机制,可以透过DP Sink内部的Remote Frame Buffer (RFB)来存取影像,此时 Source 就可以停止讯号的传输,让 DP Sink 可以做自我更新,以达到Source端省电的功能,特别在 DP 2.0 支持高分辨率所需要的功率消耗是很重要的,此功能主要会用于移动式装置如笔记本电脑。由于功率的消耗及电量对于移动式装置格外重要,此时 PR 的功能对于此类型设备更加重要。

DP 2.0 中,影像实际的显示能力,可以透过下表来了解,在 DP 1.4 规格中透过影像压缩技术,最高可以支持到 8K (7680x4320)分辨率与 60Hz 的更新率,而 DP 2.0 透过影像压缩技术后,可以支持到16K(15360x8460)分辨率与 60Hz 的更新率,如表(1)所示。

(1)

由于 DP 2.0 有足够的带宽可以使用,因此也兼容 USB-C 接口中 DP alt mode 输出模式,当 DP 使用 USB-C的接口时,可以透 Power Devilry (PD)的沟通,同时使用 2 Lanes DP 1 Lane USB 3.2 的传输,此时对于 AR/VR 的装置更有发展的空间。

 

DP 2.0 导入了新的物理层,使用 128b/132b 的编码方式来提升带宽的使用效率,但在 DP 1.4 的规格中是使用8b/10b 的编码方式,但 DP 2.0 延续了DP 1.4 版本的设计,能够兼容 DP 1.4 的产品,所以架构中就会同时包含 8b/10b 的编码为DP 1.4使用和128b/132b的编码为 DP 2.0 使用。另外DSC 技术的导入,其架构如图(2)所示:

(2)

Source 端传送Video Stream时,会先透过DSC编码后,再由Aux channel判断当下所需的传输方式,之后会进行 High-Bandwidth Digital Content Protection (简称 HDCP),将影音信息进行加密,最后再透过 128b/132 的编码传输影音讯号到 Sink 端。Sink 端也是用同样的方式,做反向的译码,影音数据可以正确输出在 Sink 上。由于传输速度可以达到每条信道 20Gbps,针对均衡器(Equalizer)做了修正,以弥补高带宽传输时的讯号失真,在 DP 2.0 Transmitter 均衡器是使用 De-emphasis Level Pre-shootReceiver 端使用 Continuous Time Linear Equalization(简 称 CTLE)Decision Feedback Equalization(DFE)改善讯号从 Source Sink 的失真,以确保影音数据能完整传送至Sink 端,如图(3)所示。

(3)

 

DP 2.0 规格中的传输速率称为 Ultra High Bit Rate(简称 UHBR),分别有三种传输速率,10Gbps(UHBR10)13.5Gbps (UHBR13.5)20Gbps (UHBR20),其中 10Gbps 是必须要支持的,而 13.5Gbps 20Gbps 是可选的,可由厂商决定是否要支持。而 VESA 也针对这三种速率定义的可使用的线缆类型,如表(2):

(2)

由于 DP 2.0 的高带宽传输速率,目前 DP8K USB-C Gen1 线缆只能支援 UHBR10,而 UHBR13.5 UHBR20 只能支持本身带线的产品,如 dockingdongle,如下图(4)所示,或是使用 0.8 公尺的 Thunderbolt 3 线缆。因为此限制,就会显得 DSC 技术更加重要,并且 VESA 也在积极制定标准 DP 的主动式线缆的测试规范,去扩展 DP 2.0 的使用范围,以达到市场及消费者的需求。

链结层在 DP 2.0 也扩展了 Aux 通道的使用,为了提升兼容性,在 DisplayPort Configuration Data(简称 DPCD) 增加属于 UHBRx 的缓存器地址,而 DPCD 只导入于 Sink 端,其地址用来做为 DP 2.0 Link TrainingLink Training 主要用来设定及管理当下传输影音数据的条件,透过 Link Training 可以设定产品的传输方式及传输通道的数量,另外可以决定要使用的 EQ 参数,以确保讯号是用最佳的状况进行传输,避免影像失真。

 

DP 2.0 Link Training 的过程有四个主要部分:

1. Source 读取 Sink DPCD 来确认支持的能力。

2. 启用 DP 2.0 128b/132b 的传输方式。

3. 沟通 EQ 参数设置,确认传输的质量。

4. 使用不同的 Training pattern 去验证 Link training 中的质量

 

DP 2.0 Link Training 的过程如下:

Granite River Labs (GRL)认证测试实验室的观察发现,大部分厂商还是会以 DP 1.2 DP 1.4 的测试为主,因为业者认为高分辨率的需求并未普及,影音内容也是以 4K 为大宗。由于 4K 的分辨率只要透过 DP 1.2 的规格就能实现,而 DP 1.4 的规格已经包含了DisplayHDR 的功能,由 GRL 的测试经验观察,发现厂商使用 DP 1.4 规格的主因是 DisplayHDR,并不是追求 高分辨率的需求,所以 DP 2.0 产品趋势值得继续观察。

 

最后,笔者阅读完 VESA DisplayPort (DP) Standard 2.0 后,在此篇整理 DP 1.4 DP 2.0 的差异性,如表 (3),由于规格持续在修正及讨论阶段,以下规格仅供参考,实际的规范请参考 VESA 最新释出的内容为主。

参考文献:

VESA DisplayPort (DP) Standard Version 2.0 26 June, 2019 : https://vesa.org/

Granite River Labs: https://graniteriverlabs.com.cn/dp-compliance/


作者:

GRL 台湾技术经理 宋超宇 Jerry Sung

GRL 全球 DisplayPort 技术发展负责人,熟悉 DisplayPortHDMIThunderbolt、、Power DeliverySD 等多种应用接口,担任 GRL 技术文章作者及讲师,且拥有 8 年测试经验。

作者: GRL实验室, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-3943047.html

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